基于非线性规划方法的PSS参数优化设计.pdf

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1、第3】卷第4期东北电力大学学报Vo1．3t．No．42011年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2011文章编号：1005—2992(2011)04—0043一O5基于非线性规划方法的PSS参数优化设计董晓亮，李江，李国庆(东北电力大学电气工程学院，吉林吉林1320121)摘要：电力系统稳定器的参数配置是一个复杂的非线性问题。按照工程中要求，电力系统稳定器(PSS)通过励磁系统产生的电磁力矩在所考虑的频率范围内(0．2—2．0Hz)与机组转速的相位差应在±30。范围

2、，亦即超前电磁功率偏差60。～120。。通过检测振荡过程中PSS输出信号和机组功率振荡信号中各个模式之间的相位差即可评价PSS的控制效果，进而实现预警，以便进一步采取措施对PSS参数进行校正。采用非线性规划法NL~)对PSS现场实测原有参数进行优化，使优化后的结果满足工程上的需要，使之更有效的抑制低频振荡的发生。关键词：电力系统稳定器；低频振荡；Prony分析中图分类号：TM712文献标识码：A电力系统稳定器(PSS)作为抑制电网低频功率振荡的重要技术手段_】j，是目前世界上应用最广泛、最经济且技术较为成熟的抑制

3、低频振荡的措施。只有当PSS时间常数能对励磁系统和发电机造成的相位滞后有很好的补偿效果并且其增益恰当时，PSS才能对电网的低频振荡提供很好的阻尼。因此，其参数优化设计一直是学术和工程界的热点问题之一。至今，无论是在理论还是实践中，PSS参数整定已有众多的方法和技术。这些方法总体上分为两大类j，一类是现场试验法，即在机组运行中，通过测试机组及其励磁系统的开环响应特性，进而设定PSS控制参数；另一类是模型分析法，即通过机组和电网的数学模型，通过理论推导或时域仿真来设计和校验PSS参数。当然，也可将两类方法结合起来应用

4、。PSS参数整定要使PSS的振荡阻尼作用兼顾联网后出现的区间模式(约0．2～0．7Hz)、区内模式(约0．7—1．0Hz)和本机模式(1．0—2．0I-Iz)。而PSS参数优化数学上描述为一个非线性优化问题，通过选择合适的系统动态性能指标作为目标函数，可兼顾考虑系统多种运行方式。国内外很多学者对这一复杂的非线性优化问题作了大量研究。其中文献[5]采用的传统梯度法和文献[6]采用的遗传算法来求解PSS参数优化问题取得了一定成果。本文以河北邢台电厂的lO号机组工程实际需要为目标，拟用非线性规划法(NLP)对PsS进行

5、参数优化设计。1系统建模1．1电网拓扑图1为系统的拓扑图，PSS以发电机的APout作为反馈信号从而控制励磁系统(AVR)的输出，进而控制发电机，形成一个闭环系统。统图1电网拓扑示意图。收稿日期：20l1—07—18作者简介：董晓亮(1985一)，男，辽宁省沈阳市人，东北电力大学电气工程学院存凄硕．：研究生，主要研究方向：电力系统稳定性分忻与控制．。东北电力大学学报第3J卷1．2励磁系统与PSS的模型及参数：机组G1励磁系统AVR具有IEEEST1A标准模型，其传递函数框图，见图2。图2IEEEST1A静态励磁系

6、统AVR的典型参数为：Tc=3S，TB=4S，TR1=0．06s，Tcl=0．03s，KF=0，TF=1S，KA：56．25，=0．02So对励磁系统进行线性化分析，简化后得到AVR的传递函数如下：=(-Kp)(K+竽)．机组Gl的PSS具有IEEEPSS2B标准模型，其传递函数如图3所示。图3IEEEPSS2B双输入电力系统稳定器PSS的典型参数为：K：7，K．2=6．8，3：1．2，T，=0．05s，：0．19s，=0．05s，：0．19s，：0．1S，=0．1s，T10=0，=0．2s，M=2，N=1，Tw

7、l=6s，Tw2=6s，3=6，T．4=6s，=6s，=0．6s，=0．09s；其中“。代表以转速偏差作为系统的反馈量，u代表以功率偏差作为系统的反馈量，在本例中只取功率作为系统的反馈量。可以得到其传递函数为：㈥一{[古}+1+s砣1+s、．’(2)2PSS参数优化理论2．1非线性优化基本理论非线性规划(NLP)有很多解法，如可行方向、罚函数法、梯度投影法等。本文采用步二次规划法(sequentialquadraticprogramming，SQP)对PSS参数进行优化。2．2SQP方法的基本原理朋SQP解NLP

8、得基本原理是：对拉格朗日函数，即mlL(x，“，A)=)+∑uih()+∑A()．(3)川次函数近似(，u，A)后化为QP问题，然后解一系列如下形式的QP子问题：m·lI1W1-a1GL-kda+vf(x^)d，(4)s．t．^(X)d+hi()=0，i：1，2，⋯，"l，(5)()d+g()≤0，=1，2，⋯，1，(6)其rfl是第k次迭代的初始点；G是L(，u，A)的